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이러한 물질과 관련된 구성, 용도 및 위험에 대해 모두 배우고 대안에 대해 알아보십시오.

페놀 수지는 페놀(벤젠에서 파생된 방향족 알코올) 또는 페놀 유도체와 알데히드, 특히 포름알데히드(메탄올에서 파생된 반응성 가스) 간의 화학적 축합 반응을 통해 생성되는 열경화성 또는 열경화성 중합체입니다. 이러한 유기적 기능은 다양한 화학 화합물을 포함하며 이러한 사실은 시장에서 사용할 수 있는 다양한 페놀 수지의 존재를 가능하게 합니다.

이 공정에서 사용할 수 있는 일부 페놀 유도체는 비스페놀-A, 비스페놀-F 및 레조르시놀이며, 사용되는 알데하이드 중에는 포름알데하이드, 아세트알데하이드 및 프로판알이 있습니다. 상업용 수지 생산의 경우 일반 페놀(히드록시벤젠) 및 포름알데히드와 같은 단순한 화합물의 사용이 일반적으로 우세합니다. 따라서 페놀 수지는 페놀-포름알데히드 수지라고도 합니다. 그러나 반응성 및 유연성과 같은 얻어지는 수지의 특정 특성에 따라 다른 유형의 페놀 및 알데히드를 사용할 수 있습니다.

페놀 수지의 주요 특성과 수요가 높은 이유는 다음과 같습니다. 우수한 열 거동, 높은 수준의 강도 및 저항, 긴 열 및 기계적 안정성, 전기 및 열 절연체로 작용하는 우수한 능력(수지 페놀 수지의 분해점 220°C 이상의 온도 영역에 있음).

이러한 수지를 합성하는 동안 혼합물에서 페놀 대 알데히드의 비율, 반응 온도 및 촉매 선택과 같은 몇 가지 요인이 고려됩니다. 따라서 채택된 제조 공정에 따라 페놀 수지는 노볼락 수지와 레졸 수지의 두 가지 주요 부류로 나눌 수 있습니다.

레졸 수지는 알칼리 촉매의 도움으로 고온의 사용을 통해 얻어지며 혼합물에서 페놀보다 포름알데히드의 비율이 더 높으며 노볼락 수지는 산성 매질에서 합성되고 포름알데히드는 페놀보다 적은 비율로 합성됩니다. 구성. 또한 레졸형의 수지는 일반적으로 액체 상태로 존재하는 반면, 노볼락형의 수지는 고체 상태(온도와 압력의 영향으로 얻어지고 냉각되면 성형 및 경화)로 존재하여 활용도가 높고 다양한 분야에서 페놀 수지의 적용.

기원과 발견

페놀 수지는 상업적 사용을 위해 합성 생산된 최초의 열경화성 폴리머로 간주되기 때문에 매우 중요합니다.

페놀과 포름알데히드 사이의 반응에서 유래하는 제품의 발견과 최초의 보고는 19세기 후반에 이루어졌지만 Leo Beckeland가 처음에는 베이클라이트라고 불리는 통제된 공정으로 페놀 수지를 개발할 수 있게 된 것은 1907년이었습니다. 페놀 수지에 대한 특허, "열과 압력", 또는 포르투갈어 "Calor e Pressure". 그의 특허는 금형의 모양에 의해 미리 결정된 특정 모양의 성형 조성물에 급속 경화를 적용하는 방법에 관한 것입니다.

이 사건은 플라스틱 제조에 앞선 이정표로 간주될 수 있으며, 백랜드의 선구적인 노력으로 페놀 수지는 수많은 폴리머의 전구체로 인식되고 있습니다. 20세기의 처음 수십 년 동안 이러한 수지의 제조는 오늘날 우리가 알고 있는 플라스틱 산업에 혁명을 일으키고 추진했습니다. 이 합성 수지의 첫 번째 응용 프로그램은 전기 장비에 사용되는 성형 및 적층 부품 시장을 목표로 했습니다.

오늘날까지 페놀 수지는 매우 중요하며 다양한 산업 응용 분야와 자동차, 전기, 컴퓨터, 항공 우주 및 토목 건설과 같은 다양한 분야에서 사용됩니다.

그들은 어디에서 발견됩니까?

한 세기가 조금 넘는 기간 동안 이러한 수지는 다양한 분야와 부문에서 다양한 목적으로 사용되었습니다. 그것들은 액체 또는 고체 형태로 제공될 수 있으며 제조 과정에서 채택된 매개변수와 재료의 상태와 재료에 따라 다른 용도로 사용됩니다.

역사적 응용을 통해 페놀 수지는 성형 제품(예: 당구공 및 실험실 벤치)의 생산과 코팅 및 접착제로 널리 사용되었습니다. 또한, 이러한 수지는 고온 및 화재에 강하여 전기 회로 기판 생산에 사용되는 주요 재료로 간주되었지만 최근에는 주로 에폭시 수지 및 천, 유리 섬유로 대체되었습니다.

이러한 응용 분야 외에도 페놀 수지는 접착제, 합판 및 덩어리 목재 패널의 접착제, 유리 섬유, 미네랄 울 및 기타 절연 제품의 바인더, 목재 및 플라스틱 제제의 함침 및 적층, 전기 라미네이트, 탄소 발포체, 성형 화합물, 주조 수지(내열 및 내산성 코팅) 및 섬유 강화 복합 재료. 그들은 또한 페인트와 바니시에도 사용됩니다.

일반 목재 대신 페놀 수지가 포함된 합판을 사용하는 일반적인 이유는 균열, 수축, 비틀림, 화재에 대한 저항성과 높은 수준의 강도 때문입니다. 따라서 이러한 재료는 토목 건설 분야에서 사용되는 많은 다른 유형의 목재를 대체합니다. 이 수지를 기반으로 생산된 라미네이트는 종이, 유리 섬유 또는 나무와 같은 기본 재료의 하나 이상의 층에 열과 압력을 가하여 페놀 수지를 함침시켜 만들어집니다.

페놀 수지 기반 제품의 예로는 풀볼(고체 페놀-포름알데히드 수지 기반)과 필요한 브레이크 패드 및 클러치 디스크(자동차 산업)가 있습니다.

페놀 수지는 오늘날 가장 일반적으로 사용되는 합판 및 기타 구조용 목재 제품용 접착제이지만 매우 중요한 산업용 폴리머로 남아 있습니다.

인체 건강에 대한 위험

여전히 대규모로 생산되고 있지만 페놀 수지는 인체 건강에 위험한 것으로 입증되었으며 그로 인한 위험은 합성에 사용되는 화합물의 유형과 직접적인 관련이 있습니다. 가능한 위험을 확실히 알고 더 적절하고 안전한 대안을 찾기 위해 생산을 위해 선택한 재료, 페놀 또는 유도체, 사용된 알데히드를 알아야 합니다.

위에서 언급한 바와 같이 페놀 수지의 제조 공정에는 다양한 유형의 페놀 및 알데히드가 사용될 수 있습니다. 이들은 주로 페놀, 비스페놀-A, 비스페놀-F 및 포름알데히드입니다.

이러한 수지의 합성에 사용될 수 있는 비스페놀-A 및 비스페놀-F의 경우 연구에 따르면 이러한 물질이 체내에 축적되어 내분비 교란 물질로 작용하며 에스트로겐 및 안드로겐 효과, 갑상선 및 자궁의 증가, 고환 및 땀샘의 무게("비스페놀 유형 및 위험에 대해 자세히 알아보기" 참조). 또한, 단순한 형태의 페놀은 독성이 있으며 다른 합병증과 함께 인간의 호흡기에 자극을 유발하는 것으로 밝혀졌습니다.

페놀 수지 제조에 자주 사용되며 유해한 것으로 밝혀진 또 다른 물질은 포름알데히드입니다("포름알데히드의 위험성 및 피하는 방법에 대해 자세히 알아보기" 참조). 포름알데히드는 VOC라고도 하는 유해한 휘발성 유기 화합물 그룹에 속하는 매우 휘발성입니다(VOC에 대한 자세한 내용은 "VOC: 휘발성 유기 화합물이 무엇인지 알고, 위험 및 피하는 방법" 문서 참조).

또한, 국제 암 연구 기관(IARC)에서 발표한 연구에 따르면 포름알데히드는 인간에게 발암 물질로 간주되며 내분비 교란 물질로도 작용할 수 있습니다.

따라서 화석 원료의 광범위한 사용과 고갈 가능성(이러한 대부분의 수지 생산의 기초)으로 인해 인간 건강 및 환경 분야에서 점점 더 엄격해지는 규제가 추가되고, 대체 물질에 대한 검색이 추가되었습니다. 포름알데히드는 페놀 수지 산업의 주요 관심사가 되었습니다.

이러한 수지를 포함하는 물체의 재처리

여러 국가에서 이미 금지되거나 통제되지만 브라질에서는 아직 그렇지 않습니다. 오늘날 우리가 알고 있는 페놀 수지의 생산은 그 날짜가 정해져 있습니다. 이 경우 제품의 독성 외에도 재생 불가능한 공급원인 석유에 의존하기 때문에 생산의 지속 불가능성도 고려해야 합니다.

이러한 종류의 수지를 함유한 제품은 열경화성 폴리머이므로 구조에 가교가 있어 폐기 및 재가공이 어렵고 재가열 시 이러한 결합이 끊어져 재료의 열화를 유발하고 유해물질을 분산시킨다.

이것이 열경화성 수지를 재사용하는 것이 불가능하다는 것을 의미하지는 않습니다. 열가소성 및 열경화성 재료를 포함하여 충전제 및 보강재로 소량 추가할 수 있습니다.

사용된 한 가지 재처리 기술은 열경화성 재료를 작은 조각으로 '파쇄'하고 이러한 조각을 원래 재료에 혼합하여 내부에 그대로 남아 있도록 하는 것입니다. 재활용 페놀 수지를 사용하면 경화 과정(고온에서)이 더 빨라지고 저렴해지며 매우 반짝이는 표면을 만들 수 있습니다. 또한 충전제와 같은 재활용 열경화성 재료를 사용하면 처녀 재료에 완벽한 접착 범위를 제공한다고 보고되었습니다.

대안

환경 문제, 에너지 안보 및 지속 가능성에 대한 증가하는 우려와 함께 원유에 대한 의존도를 줄이려는 열망으로 인해 재생 가능한 자원에서 바이오 제품을 생산하려는 전 세계의 노력이 강화되었습니다. 화장 없는 진정한 지속가능한 발전을 꿈꾸는 사회에서 석유를 기반으로 하는 제품을 대체할 화학 및 생물 소재의 생산은 필수적입니다.

이러한 맥락에서 천연 자원을 기반으로 한 고분자 및 수지 개발이 필수적입니다. 예를 들어, 석유 기반 페놀은 바이오페놀로 대체될 수 있고 발암성 포름알데히드는 푸르푸랄 또는 하이드록시메틸 푸르푸랄, 설탕 기반 물질로 대체될 수 있습니다. 바이오 기반 수지의 개발은 진정으로 지속 가능한 수지의 생산으로 이어질 것입니다.

따라서(USP 연구원은 농업 산업 잔류물의 잠재적 사용을 조사하는 기사에서 더 자세히 볼 수 있음) 상업적 수준에서 지속 가능한 수지를 만들기 위한 이러한 요구를 충족시키기 위한 대안이 모색되었습니다. 그리고 대부분의 영토가 열대 기후 지역에 위치한 브라질과 같은 국가에서 농업은 경제의 주요 엔진 중 하나를 상징합니다. 이때까지 농업폐기물로 여겨졌던 원료를 사탕수수(바개스, 섬유)와 같이 이 문제를 해결하는 데 유용하게 사용할 수 있습니다.